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Mg-10Gd-3Y合金的塑性变形显微组织演变规律研究

作　者: 王波伟
导　师: 李建平；杨忠
学　校: 西安工业大学
专　业: 材料学
关键词: 镁-稀土合金热压缩动态再结晶再结晶退火锻造
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,镁合金作为最轻的结构材料愈来愈受到重视,并已在许多行业得到了广泛的应用。目前应用的镁合金绝大多数使用温度不高,因此开发耐高温镁合金受到人们的重视。已有的研究发现,在镁合金中加入稀土元素,特别是钆、钇等重稀土元素,可以大大提高镁合金的室温和高温力学性能。本课题利用相图计算软件(Pandat)计算了GW103合金(Mg-10Gd-3Y)相图,并分析了该合金铸态和固溶处理态显微组织和力学性能。在此基础上,对该合金进行了高温压缩实验,分析了该合金的变形行为和组织演变规律。并根据压缩结果进行锻造变形,研究了不同锻造条件对该合金显微组织和力学性能的影响。相图计算结果表明：(1)GW103合金的室温组织主要由a-Mg、Mg5Gd、Mg24Y5和MgZn组成。室温下各相的摩尔分数分别为Mg5Gd=0.1、Mg24Y5=0.06和MgZn=0.01。(2)固溶处理(520℃/24h)后合金的主要相组成为a-Mg和非平衡镁稀土相。铸态GW103合金在热压缩实验过程中,峰值流变应力随应变速率增加而增加,随压缩温度的增加而减小。固溶处理后,合金的变形抗力较铸态增加,表明固溶处理后合金不易热变形。通过调节热压缩的参数,观察组织中动态再结晶的发生程度和晶粒的细化效果,得出该合金的较佳压缩变形参数为：450°C、0.1/s-1、60%。在热压缩的基础上进行热锻造试验。结果表明：450℃单向锻造具有典型的热加工特点,随着变形温度的降低、应变速率和应变量的增加,晶粒细化效果逐渐增强,合金的抗拉强度逐渐增加。在恒温多向锻造过程中,随着累积应变量的增加,动态再结晶更充分,组织变得均匀。降温多向锻造时,可以有效保留以前各道次产生的新晶粒,抑制晶粒的长大,得到比等温多向锻造更加均匀细小的等轴晶。在此基础上,对尺寸为Φ220×540mm的铸锭进行了多次多向锻造,发现锻锭表面完整,无明显锻造裂纹；锻锭的顶面、底面、弧面和侧面的中心区域的抗拉强度和延伸率分别为360-385MPa、370-380MPa、345-360MPa和390-415MPa之间,延伸率约为6.0-8.0%,表明通过热压缩实验获到较佳锻造工艺是可行的。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 镁合金的特点及应用  10-11
  1.3 镁合金塑性成形理论  11-14
    1.3.1 镁合金的晶体结构和位错滑移  11-13
    1.3.2 影响镁合金中位错滑移的主要因素  13-14
  1.4 镁合金的动态再结晶  14-16
    1.4.1 动态再结晶现象  14
    1.4.2 动态再结晶意义  14
    1.4.3 影响镁合金动态再结晶的基本因素  14-15
    1.4.4 镁合金的动态再结晶形核机制  15-16
  1.5 镁合金的塑性加工工艺  16-18
    1.5.1 挤压变形  16
    1.5.2 锻造变形  16-17
    1.5.3 轧制变形  17-18
  1.6 镁合金塑性成形工艺特点  18-19
    1.6.1 镁合金的塑性加工坯料  18
    1.6.2 镁合金塑性成形的特点  18-19
    1.6.3 镁合金塑性成形的温度  19
  1.7 锻造过程中典型的变形特点  19-20
  1.8 Mg—Gd—Y系变形镁合金的研究  20-21
  1.9 本课题的主要研究内容  21-22
2 试验过程及方法  22-26
  2.1 试验方案  22
  2.2 试验过程  22-26
    2.2.1 合金的熔炼  22-23
    2.2.2 合金相图计算与热处理  23
    2.2.3 合金热模拟压缩试验  23
    2.2.4 合金热锻造试验  23-24
    2.2.5 力学性能测试  24-25
    2.2.6 组织分析  25
    2.2.7 差热分析  25
    2.2.8 定量金相分析  25-26
3 GW103合金的铸态与热处理组织  26-38
  3.1 前言  26
  3.2 Mg-XGd-3Y-0.5Zn-0.5Zr合金相图的计算  26-28
    3.2.1 Mg-xGd-3Y-0.5Zn-0.5Zr系合金富镁角相图的计算  26-27
    3.2.2 Mg-10Gd-3Y-0.5Zn-0.5Zr合金的相平衡计算  27-28
  3.3 GW103合金的显微组织  28-29
  3.4 GW103合金热处理工艺的制定  29-37
    3.4.1 铸态GW103合金显微组织及性能分析  30
    3.4.2 固溶处理对GW103合金的影响  30-33
    3.4.3 T6热处理对GW103合金显微组织的影响  33-35
    3.4.4 退火处理对GW103合金的影响  35-37
  3.5 小结  37-38
4 GW103合金的热压缩变形行为与组织演变  38-54
  4.1 前言  38
  4.2 实验方法  38-39
    4.2.1 试样的热压缩  38-39
    4.2.2 金相组织观察  39
    4.2.3 数据处理  39
  4.3 铸态GW103镁合金热压缩变形行为  39-47
    4.3.1 压缩温度对铸态GW103合金流变行为及组织的影响  39-42
    4.3.2 应变速率对铸态GW103合金流变行为及组织的影响  42-44
    4.3.3 变形量对铸态GW103合金流变行为及组织的影响  44-46
    4.3.4 晶粒度和再结晶体积分数的定量计算  46-47
  4.4 固溶态GW103镁合金的热压缩变形行为  47-53
    4.4.1 压缩温度对固溶GW103合金流变行为及组织的影响  47-49
    4.4.2 应变速率对固溶GW103合金流变行为及组织的影响  49-51
    4.4.3 变形量对固溶GW103合金流变行为及组织的影响  51-52
    4.4.4 再结晶体积分数的计算  52-53
  4.5 小结  53-54
5 GW103合金的热模拟锻造组织与力学性能  54-63
  5.1 前言  54
  5.2 试验方法  54-56
    5.2.1 单向热模拟锻造实验  54
    5.2.2 多向热模拟锻造实验  54-55
    5.2.3 拉伸试验  55-56
    5.2.4 电子显微镜观察  56
  5.3 实验结果及分析  56-62
    5.3.1 GW103合金单向锻造变形显微组织  56-60
    5.3.2 GW103镁合金多向锻造  60-62
  5.4 小结  62-63
6 GW103合金实际锻造变形组织与力学性能  63-73
  6.1 前言  63
  6.2 锻造坯料制备与锻造工艺  63-64
  6.3 结果及讨论  64-72
    6.3.1 GW103镁锭的力学性能和显微组织分析  64-67
    6.3.2 双向单道次锻造后镁锭的力学性能和显微组织分析  67-70
    6.3.3 GW103合金锭锻造后时效的力学性能和显微组织分析  70-71
    6.3.4 GW103锻件不同部位的力学性能  71-72
  6.4 小结  72-73
7 结论  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士论文期间发表的论文  78-79
致谢  79-82

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